KURKUMIN DAN ANALOGNYA SEBAGAI SELECTIVE ESTROGEN RECEPTOR MODULATORS (SERMS): KAJIAN BERDASARKAN METODE DOCKING PADA RESEPTOR ESTROGEN ALFA
KURKUMIN DAN ANALOGNYA SEBAGAI SELECTIVE ESTROGEN RECEPTOR
MODULATORS (SERMS): KAJIAN BERDASARKAN METODE DOCKING
PADA RESEPTOR ESTROGEN ALFA
CURCUMIN AND ITS ANALOGUES AS SELECTIVE ESTROGEN
RECEPTOR MODULATORS (SERMS): THE STUDY OF DOCKING METHOD
ON ESTROGEN ALPHA RECEPTORS
I G N Saskara Putra*, Bekti Meilani Nurcahya*, Berry Rachmattika*,
Wynanda*, BS Ari Sudarmanto* dan Edy Meiyanto**
*Fakultas Farmasi Universitas Gadjah Mada Yogyakarta
**Cancer Chemoprevention Research Center (CCRC) Farmasi UGM
ABSTRAK
Salah satu titik tangkap pengobatan kanker khususnya kanker payudara adalah dengan
menghambat aktivitas estrogen pada reseptor estrogen alfa (ERα). Senyawa-senyawa yang
mampu menghambat aktivitas estrogen pada reseptornya disebut SERMs (Selective Estrogen
Receptor Modulator). Kurkumin telah terbukti memiliki efek antiestrogen melalui kemampuannya
menghambat kanker payudara MCF-7 yang diinduksi oleh E2 eksogen dan pada dosis tingginya
menghambat ekspresi pS2 dan TGF-α yang merupakan downstream ER. Penelitian ini bertujuan
untuk mempelajari lebih lanjut potensi kurkumin dan analognya (PGV-1, PGV-0, HGV-1, HGV-0)
sebagai SERMs (Selective Estrogen Receptor Modulator) terhadap reseptor estrogen alfa. Struktur
senyawa kurkumin dan analognya dioptimasi geometri secara kimia kuantum menggunakan
perangkat lunak HyperChem. Senyawa kurkumin tautomer keto dan enol serta PGV-0 dan PGV-1
dioptimasi dengan metode AM1. Sedangkan untuk struktur HGV-0 dan HGV-1 menggunakan
metode PM3. Struktur stabil yang diperoleh kemudian di-docking-kan pada reseptor estrogen alfa
pada binding site estrogen dan Raloksifen menggunakan program ArgusLab dengan docking
engine berupa Argusdock. Data yang didapatkan berupa score atau ΔG (kkal/mol) yang
menunjukkan kestabilan interaksi (ikatan) ligan-reseptor estrogen alfa pada binding site estrogen
atau Raloksifen. Hasil docking menunjukkan bahwa senyawa kurkumin dan analognya bersifat
sebagai antagonis reseptor estrogen alfa. Struktur yang memiliki afinitas terbesar terhadap ER alfa
adalah kurkumin enol pada kondisi berair dan struktur HGV-1 pada kondisi tanpa air
Kata kunci: kurkumin dan analognya, reseptor estrogen alfa, Raloksifen, docking
ABSTRACT
One of the targets of chemotherapeutic agent especially for curing breast cancer is the
inhibition of estrogen activity on estrogen alpha receptors. SERMs (Selective Estrogen Receptor
Modulator) are the group of subtances which inhibit the activity of estrogen on its receptor.
Curcumin is proven to have antiestrogen activity by inhibiting MCF-7 breast cancer induced by
exogenous E2. High dose of curcumin inhibits the expression pS2 and TGF- α which are included
in the downstream of ER. The aim of this reserach is to evaluate the potency of curcumin and its
analogues (PGV-1, PGV-0, HGV-1, HGV-0) as SERMs on estrogen receptor alpha. The chemical
structure of curcumin and its analogues were geometrically optimised with quantum chemistry by
using HyperChem software. The keto and enol tautomer curcumin as well as PGV-0 and PGV-1
were optimized with AM1method, while HGV-0 and HGV-1 were optimized with PM3 method. The
most stable structure then was docked into estrogen alpha receptor on estrogen binding site as
well as on to raloxifen by using ArgusLab program with ArgusDock as a docking engine. The result
of the optimization was a score or a ΔG (kkal/mol) which showed the stability of ligand-estrogen
alpha receptor bound on estrogen binding site or raloxifen. The result of the docking showed that
curcumin and its analogues have an antagonism activity on estrogen alpha receptor. The enol
tautomer curcumin has the biggest affinity on ER alpha in aqueous condition while HGV-1 has the
biggest affinity on ER alpha in non aqueous condition
Key words: curcumin and its analogues, estrogen alpha receptor, raloxifen, docking
6 PHARMACON, Vol. 9, No. 1, Juni 2008, 6–13
PENDAHULUAN
Kurkumin dan analognya (PGV-1, PGV-0,
HGV-1, HGV-0) merupakan beberapa senyawa
yang berhasil dikembangkan di Indonesia dan
telah terbukti memiliki potensi sebagai obat anti
kanker. Kurkumin (1,7-bis(4’-hidroksi-3’-metoksifenil)-1,6-heptadiena-3,5-dion) adalah senyawa aktif rhizoma Curcuma longa L. yang secara
signifikan dapat menurunkan resiko kanker
payudara sebesar 28% (Laksitorini, et. al.,
2005). Kurkumin juga mampu memacu
apoptosis sel kanker payudara MCF-7 melalui
peningkatan ekspresi p53 dan Bax (Chonduri,
et al., 2002) dan mempengaruhi produk gen
penekan tumor dan onkogen (Meiyanto, 1998),
selain juga memiliki aktivitas antiestrogen
(Verma, et al., 1998), antiangiogenesis
(Guraraj, et al., 2002), penghambat COX dan
antioksidan
Salah satu titik tangkap pengobatan
kanker khususnya kanker payudara adalah
dengan menghambat aktivitas estrogen pada
reseptor estrogen alfa (ERα). Senyawasenyawa yang mampu menghambat aktivitas
estrogen pada reseptornya disebut SERMs
(Selective Estrogen Receptor Modulator).
Kurkumin telah terbukti memiliki efek antiestrogen melalui kemampuannya menghambat
kanker payudara MCF-7 yang diinduksi oleh E2
eksogen dan pada dosis tingginya menghambat
ekspresi pS2 dan TGF-α yang merupakan
downstream ER (Verma, et al., 1998; Shao, et
al., 2002). Namun demikian potensi kurkumin
dan analognya sebagai selective estrogen
reseptor modulator (SERMs) khususnya pada
ERα belum pernah dibuktikan. Penelitian
dengan metode molekuler docking secara
komputasi (insiliko) ini dilakukan untuk
memberikan gambaran bagaimana afinitas kurkumin dan turunannya terhadap ERα sekaligus
mengetahui senyawa mana yang paling
potensial sebagai SERMs sebelum dilakuan uji
secara in vitro/in vivo.
METODE PENELITIAN
Penelitian ini bersifat teoritis eksploratif.
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini
berupa data struktural dan data spektrum
nuclear mass resonance empiric dari kurkumin
dan analognya yang diperoleh dari Disertasi
Sardjiman, 2000. Penelitian ini menggunakan
pendekatan kimia komputasi untuk mengeksplorasi sifat fisikokimia dan berlangsung selama
1 bulan di Fakultas Farmasi UGM.
Prosedur penelitian
Optimasi geometri
Senyawa Kurkumin, PGV-0, PGV-1,
HGV-0, HGV-1 dibuat struktur dua dimensi (2D)
menggunakan paket program CS ChemDraw
Ultra. Kemudian ditransformasikan pada paket
program HyperChem Prover.7.5 untuk dibentuk
menjadi struktur tiga dimensi (3D). Kemudian
dioptimasi sudut torsi substituen pada residu
benzena dengan metode mekanika molekul
MM+ menggunakan fasilitas Potential pada
menu Compute. Struktur yang terbentuk
dioptimasi geometri menggunakan tiga metode
semi empirik yang disediakan oleh paket
program HyperChem yaitu AM1, PM3, Zindo1
dengan algoritma Polak-Ribiere. Batas konvergensi ditentukan setelah tercapai gradien 0,0 1
kkal/Å.
Pemilihan Metode
Struktur hasil optimasi dilakukan perhitungan Single Point setelah diset pada metode
yang sesuai dengan metode yang digunakan
saat optimasi geometri. Optimasi dilakukan
tanpa Configuration Interaction dengan spin
pairing RHF dan batas konvergensi 0,01 kkal/A.
Setelah perhitungan selesai, dilakukan invoke
NMR terhadap proton. Metode semi empirik
yang dipilih untuk eksplorasi sifat fisikokimia
sekaligus mengoptimasi struktur sejenis adalah
metode yang memiliki linieritas/kesesuaian
paling besar data NMR empirik.
Eksplorasi Sifat Fisikokimia
Metode semi empirik terbaik digunakan
untuk menghitung Single Point dengan Configuration Interaction diset pada None. Log file
perhitungan disimpan untuk mengetahui
muatan bersih atom-atom gugus fungsi, momen
dipol (µ), dan panas pembentukan ( Hf)
molekul hasil optimasi. Struktur dengan nilai
( Hf) terendah selanjutnya digunakan untuk
docking terhadap ERα dengan ligan Raloksifen
dan 17-β estradiol yang diperoleh dari database
PDB
di-download
dari
situs
http/www/pdbbeta.rscb.org/pdb.
Pemilihan Metode Docking
Dilakukan untuk memilih docking engine
yang akan digunakan dalam pen-docking-an.
Program yang digunakan untuk docking
senyawa kurkumin dan analognya pada ERα
serta mengkalkulasi energi bebasnya adalah
ArgusLab 4.0.1.
Estrogen dan Raloksifen sebagai ligan
standard serta ligan copy-nya di-docking-kan
pada ER yang dilakukan dengan memilih menu
dock a ligan pada calculation. Grid resolution
yang digunakan sebesar 0,40000 dengan parameter set As score pm. Sedangkan menu ligan
dipilih sesuai dengan struktur molekul senyawa
yang di-docking-kan yaitu rigid atau fleksibel.
Pen-docking-an dilakukan dengan menggunakan area binding site minimum (calculating
site). Selanjutnya dilakukan scoring dengan
Kurkumin Dan Analognya Sebagai Selective ....................(I G N Saskara Putra) 7
memilih score current config. pada calculation
type. Scoring function yang digunakan adalah
AScore. Pemilihan metode ditentukan oleh
harga RMSD (Rate Mean Square Deviation)
ligan dengan ligan copy.
Docking
Struktur kurkumin dan analognya yang
telah dioptimasi di-docking-kan pada ERα
dengan langkah yang sama seperti pada tahap
validasi. Scoring dilakukan untuk memperoleh
G atau energi bebas senyawa uji yang
kemudian dibandingkan dengan G senyawa
standard yaitu Raloksifen.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Optimasi Geometri
Struktur 3D Kurkumin, PGV-0, PGV-1,
HGV-0, HGV-1 yang telah dilakukan optimasi
sudut torsi substituen pada residu benzena
dijadikan titik awal optimasi geometri menggunakan berbagai metode kimia kuantum semi
empirik yang disediakan. Ada sepuluh metode
kimia kuantum semi empirik, yaitu ExtendedHuckel, CNDO, INDO, MINDO3, MNDO,
MNDO/d, dan ZINDO/s dalam paket program
HyperChem. Dari sepuluh metode tersebut,
didapati tiga metode yang paling reliable
digunakan untuk struktur kurkumin dan
analognya yaitu AM1 (Austin Model 1
parameterization of MNDO), PM3 (Parametric
Method 3 parameterization of MNDO) dan
ZINDO/s (Zerner's Spectroscopic parameterzation of the Intermediate Neglect of Differential
Overlap INDO1/s Hamiltonian) karena ketiga
metode ini memberikan fasilitas prediksi
spektrum NMR dan mampu menghasilkan
struktur molekul yang sesuai dengan kaidah
kimia organik
Tabel 1–Hubungan linieritas (r) data spektra NMR proton
perhitungan komputasi pada senyawa kurkumin dan
analognya dengan data spektra NMR empirik
Metode
Kurkumin Enol
PGV-0
HGV-0
AM1
PM3
0,337614659
0,523111186
0,919625625
0,918129888
0,925201066
0,942685679
ZINDO/1
0,151581256
0,890525671
0,879484835
Perhitungan linieritas data spektra NMR
proton digunakan untuk pemilihan metode optimasi struktur lainnya. Untuk mengoptimasi
struktur kurkumin keto dan enol serta PGV-0
dan PGV-1 dari berbagai kemungkinan yang
ada, digunakan metode AM1. sedangkan untuk
struktur HGV-0 dan HGV-1 digunakan metode
PM3 (Tabel 1; Tabel 2)
8 PHARMACON, Vol. 9, No. 1, Juni 2008, 6–13
Tabel 2–Struktur hasil optimasi geometri dan energi
bebasnya
Struktur
Gambar
Hf (kkal/mol)
Kurkumin
tautomer
enol
-155,1064397
Kurkumin
tautomer
keto
-159,0398328
PGV-0
-123,4900670
PGV-1
-75,55731160
HGV-0
-129, 5003970
HGV-1
-89,6540275
Validasi Metode Docking dan Docking
Untuk memprediksikan afinitas ikatan
antara molekul kurkumin dan analognya pada
ERα, dilakukan proses docking. Docking merupakan suatu teknik untuk memprediksikan
apakah suatu molekul dapat berikatan dengan
reseptor, protein, DNA, dan ligan docking yang
diprediksikan dengan teknik penempatan pada
area tertentu. Protein ligan dibuat secara
modeling yang melibatkan interaksi biokimia
antara protein dan ligan secara in vitro dan in
3
vivo (Anonim , 2004).
Dalam penelitian ini, digunakan ERα
yang mengikat estrogen (17-β estradiol)
sebagai agonis dan Raloksifen (RAL600)
sebagai antagonis. ERα, memiliki tiga tempat
ikatan spesifik, yaitu terhadap ligan yang
disebut ligand binding domain (AF-2), terhadap
growth factor (AF-1) dan terhadap DNA (DNAbinding domain). Jika suatu ER berikatan
dengan ligannya (estrogen), maka akan terjadi
perubahan konformasi reseptor yang memungkinkan terjadinya ikatan dengan koaktivator dan
akhirnya akan mengaktifkan faktor transkripsi.
Aktivasi transkripsi gen tadi akan mengarahkan
sintesis protein tertentu yang kemudian mempengaruhi berbagai fungsi sel tergantung
macam dan targetnya (Ikawati, 2004).
Ligan yang mengikat ER dan berkompetisi dengan estrogen disebut Selective
Estrogen Receptor Modulators (SERMs).
Senyawa SERMs dapat bertindak sebagai
antagonis maupun agonis tergantung pada
letak reseptor pada jaringan target. Hal ini
disebabkan karena pada jaringan yang
berbeda, ERα memiliki konformasi yang
berbeda.
(a)
(b)
H
O
N+
O
CL-
S
OH
HO
(c)
Gambar 1–(a) struktur senyawa estrogen (b) reseptor
estrogen alfa yang mengikat ligan estrogen dan Raloksifen
(c) struktur senyawa Raloksifen
Raloksifen termasuk senyawa golongan
SERMs yang mengantagonis efek estrogen
pada ERα. Walaupun dalam penggunaan klinik
belum dimanfaatkan sebagai antikanker (baru
sebagai obat osteoporosis) telah terbukti bahwa
Raloksifen mampu menghambat pertumbuhan
kanker
payudara
tanpa
menyebabkan
peningkatan resiko kanker uterus. Selain itu
Raloksifen memiliki selektivitas yang paling
tinggi pada ER-α dibanding senyawa SERMs
lainnya, dengan perbandingan afinitas pada
ER-α : ER-β yaitu 69 : 16 (Gruber, et.el., 2002).
Sehingga ada kemungkinan senyawa yang
mampu berikatan pada ER sama seperti
Raloksifen akan memiliki efek yang sama pula
seperti yang diberikan oleh Raloksifen terhadap
ER.
Binding site estrogen pada ERα
melibatkan asam amino 641 ALA, 685 ARG,
644 GLU, 809 GLY, 812 HIS, 637 LEU, 640
LEU, 678 LEU, 813 LEU, 634 MET, 679 MET,
dan 695 PHE. Sedangkan untuk binding site
Raloksifen melibatkan asam amino 350 ALA,
394 ARG, 351 ASP, 353 GLU, 524 HIS, 424
ILE, 346 LEU, 354 LEU, 387 LEU, 391 LEU,
428 LEU, 525 LEU, 536 LEU, 539 LEU, 388
MET, 421 MET, 404 PHE, 347 THR, 383 TRP,
dan 526 TYR.
Sebelum melakukan docking, dilakukan
validasi untuk memilih metode docking yang
paling reliable. Metode yang dibandingkan
adalah Argusdock dan GA (Genetic Algorithma)
dock. Pada metode Argusdock, ligan hanya didocking-kan pada suatu posisi tertentu saja.
Sedangkan pada metode GAdock, ligan didocking-kan pada berbagai posisi yang
memungkinkan, sehingga metode ini bersifat
non-reprodusible. Raloksifen dan estrogen didocking-kan pada ERα dalam struktur rigid dan
fleksibel. Ditinjau dari strukturnya, baik
Raloksifen maupun estrogen merupakan
senyawa yang rigid. Walaupun demikian,
struktur fleksibel diperlukan sebagai pembanding dalam validasi ini. Selain itu docking juga
dilakukan pada kondisi dengan dan tanpa air
untuk mengetahui ada tidaknya pengaruh air
pada interaksi ligan-reseptor. Keberadaan air
mencerminkan kondisi fisiologis tubuh. Secara
teoritis, air akan menghalangi ikatan ligan
dengan
reseptornya
karena
air
dapat
membentuk ikatan hidrogen dengan reseptor.
Tabel 3–Hasil Validasi
HARGA RMSD
0Argus Dock
GA Dock
Rigid
Fleksibel
Rigid
Fleksibel
Raloksifen (dengan adanya air)
1,797980
8,872965
1,877596
9,880401
Raloksifen (tanpa air)
1,704190
8,909498
1,779165
8,962879
Estrogen (dengan adanya air)
2,034273
2,034273
4,861460
3,190809
Estrogen (tanpa air)
1,926103
1,926103
6,743467
3,253067
Kurkumin Dan Analognya Sebagai Selective ....................(I G N Saskara Putra) 9
Dasar yang digunakan untuk memberikan
penilaian adalah harga rate mean square
deviation (RMSD). Metode yang digunakan
dikatakan cukup reliable jika harga RMSD yang
diperoleh ≤ 2. Berdasarkan data tabel 3, semua
senyawa dengan struktur fleksibel memberikan
harga RMSD ≥ 2, hanya senyawa dengan
struktur rigid yang dapat diterima. Baik dengan
air maupun tanpa air, metode Argusdock lebih
baik dibandingkan metode GAdock. Oleh
karena itu, docking dilakukan dengan metode
Argusdock baik dalam kondisi tanpa air
maupun dengan air (Tabel 3).
Struktur senyawa kurkumin dan analognya yang telah dioptimasi, di-docking-kan pada
ERα untuk mengetahui interaksi antara
keduanya sehingga dapat diprediksikan apakah
senyawa kurkumin dan analognya bersifat
sebagai agonis atau antagonis. Dari proses
docking ini akan diperoleh score atau energi
bebas Gibbs (∆G) yang merupakan parameter
kestabilan interaksi (ikatan) antara ligan dengan
ERα. Semakin kecil harga ΔG (score), ikatan
(a)
(b)
(e)
(f)
(i)
(j)
ligan dengan reseptor semakin stabil.
Parameter lain yang digunakan adalah ikatan
hidrogen ligan-asam amino reseptor.
Berdasarkan sifat ikatan antar atom
dalam molekul kurkumin dan analognya maka
senyawa kurkumin di-docking-kan sebagai
senyawa fleksibel sedangkan PGV-0, PGV-1,
HGV-0, dan HGV-1 didockingkan sebagai
struktur rigid. Harga ΔG yang diperoleh dari
docking senyawa kurkumin dan analognya
akan dibandingkan dengan harga ΔG
Raloksifen dan estrogen rigid. Hal ini
disebabkan karena baik estrogen dan raloksifen
bersifat rigid.
Dari hasil docking diketahui bahwa
senyawa kurkumin dan analognya tidak bisa
berikatan pada binding site estrogen tetapi
memiliki afinitas yang cukup tinggi pada binding
site Raloksifen. Sehingga dapat diprediksikan
bahwa senyawa kurkumin dan analognya
bersifat sebagai antagonis ERα.
(c)
(g)
(k)
(d)
(h)
(l)
Gambar 2–Hasil docking pada binding site Raloksifen (a)docking kurkumin tauromer enol tanpa air (b)docking kurkumin
tautomer enol dengan air (c)docking kurkumin tautomer keto tanpa air (d)docking kurkumin tautomer keto dengan air
(e)docking HGV-0 tanpa air (f)docking HGV-0 dengan air (g)docking PGV-0 tanpa air (h)docking PGV-0 dengan air
(i)docking HGV-1 tanpa air (j)docking HGV-1 dengan air (k)docking PGV-1 tanpa air (l)docking PGV-1 dengan air
10 PHARMACON, Vol. 9, No. 1, Juni 2008, 6–13
Tabel 4–Hasil Docking senyawa kurkumin dan turunanya
Score/ ΔG
Kondisi
Senyawa
(kcal/mo)
Estrogen
-9,98399
Raloksifen rigid
-13,285
Raloksifen fleksibel
-11,77
Kurkumin enol
-11,17
Tanpa air
Kurkumin keto
-11,08
HGV-0
-9,4943
PGV-0
-9,8668
HGV-1
-12,7034
PGV-1
-10,2926
Estrogen
-10,1117
Raloksifen fleksibel
-11,79
Raloksifen Rigid
-12,7461
Kurkumin enol
-10,96
Dengan
Kurkumin keto
-10,56
air
HGV-0
-7,89398
PGV-0
-7,5418
HGV-1
-10,3509
PGV-1
-10,5128
Harga ΔG senyawa uji yang diperoleh
dibandingkan dengan harga ΔG Raloksifen.
Harga ΔG Raloksifen diperoleh dari hasil
validasi. Dalam kondisi tanpa air, Raloksifen
sebagai struktur yang rigid memiliki score 13.285 kkal/mol, sedangkan sebagai struktur
yang fleksibel memiliki score -11,77 kkal/mol.
Sedangkan dengan adanya air, ΔG Raloksifen
sebagai struktur yang rigid memiliki score 12.7461 kkal/mol dan sebagai struktur yang
fleksibel memiliki score -11,79 kkal/mol. Harga
ΔG estrogen, pada kondisi ada air adalah 10,1117 kkal/mol dan dengan kondisi tanpa air
adalah -9,98399 kkal/mol.
Pada kondisi tanpa air harga ΔG HGV-0
> PGV – 0 > PGV – 1 > kurkumin keto > kurkumin
enol>HGV-1>Raloksifen.
Sedangkan
docking dengan kondisi ada air menghasilkan
score PGV-0>HGV-0>HGV-1>PGV-1>kurkumin
keto>kurkumin enol>Raloksifen . Hal ini berarti
bahwa afinitas senyawa uji PGV-0, HGV-0,
PGV-1, HGV-1, kurkumin keto, kurkumin enol
terhadap ERα lebih kecil jika dibandingkan
dengan afinitas Raloksifen terhadap ERα.
Metode Argusdock yang dipilih dalam
penelitian ini bersifat reprodusible, oleh karena
itu pen-docking-an senyawa tidak memerlukan
replikasi. Hasil yang diperoleh berupa data
tunggal sehingga untuk menentukan senyawa
mana yang paling berpotensi sebagai SERMs
hanya dilakukan dengan membandingkan
selisih energi bebasnya dengan Raloksifen.
Dari data energi bebas, senyawa yang memiliki
kestabilan ikatan (afinitas) terbesar pada ERα
atau yang paling berpotensi sebagai SERMs
adalah HGV-1 pada kondisi tanpa air dan
kurkumin enol pada kondisi ada air (Tabel 4).
Interaksi antara ligan dengan reseptor
terjadi karena adanya ikatan hidrogen, Van Der
Waals dan atau interaksi elektrostatik. Dengan
metode Arguslab, hanya ikatan hidrogen yang
dapat diketahui secara pasti.
Tabel 5–Ikatan hidrogen ligan senyawa uji dengan asam amino reseptor (dengan air)
Jarak ikatan
Σ
Asam amino
Senyawa
ikatan H
yang berikatan
(A )
2,892825
351 ASP
2,498994
387 LEU
Kurkumin
5
2,498994
388 MET
Enol
421 MET
2,984638
425 PHE
2,781298
2,999603
394 ARG
2,388865
424 ILE
425 PHE
2,388865
Kurkumin
387 LEU
7
2,856497
Keto
388 MET
2,856497
421 MET
2,764562
347 THR
2,987505
PGV-0, PGV-1,
0
HGV-0, HGV-1
Estrogen
1
2,966589
685 ARG
Raloksifen
1
2,971144
394 ARG
Nomor
atom
O 3682
O 3682
O 3682
O 3689
O 3689
O 3683
O 3689
O3689
O 3682
O 3682
O 3689
O 3684
-
Gugus yang
berikatan
OH
C=O
C=O
OH
OH
C=O
OH
OH
C=O
C=O
OH
OCH3
-
O 3977
C=O
O 1762
OH
Kurkumin Dan Analognya Sebagai Selective ....................(I G N Saskara Putra) 11
Tabel 6– Ikatan hidrogen ligan senyawa uji dengan asam amino reseptor (tanpa air)
Jarak ikatan
Σ
Asam amino
Senyawa
ikatan H
yang berikatan
(A )
Kurkumin
6
2,900542
351 ASP
Enol
2,753972
424 ILE
2,753972
425 PHE
391 LEU
2,952051
388 MET
2,952051
421 MET
2,761476
Kurkumin
3
2,590615
351 ASP
keto
2,731648
424 ILE
2,743131
421 MET
PGV-0
3
2,925922
394 ARG
2,696060
387 LEU
2,898415
526 TYR
PGV-1, HGV-0,
0
HGV-1
Estrogen
2
2,898461
682 LEU
2,731652
685 ARG
Raloksifen
1
2,971144
394 ARG
Estrogen berinteraksi pada binding sitenya melalui 1 ikatan hidrogen dalam kondisi
dengan air, sedangkan dalam kondisi tanpa air
estrogen membentuk 2 ikatan hidrogen. Pada
kondisi adanya air, senyawa yang memiliki
ikatan hidrogen yang sama dengan Raloksifen
adalah kurkumin keto. Sedangkan pada kondisi
tanpa adanya air, senyawa yang memiliki ikatan
hidrogen sama dengan Raloksifen adalah PGV0 (Tabel 5 ; Tabel 6). Hanya terdapat satu
ikatan hidrogen antara Raloksifen dengan ERα,
yaitu antara atom O dari gugus hidroksinya
dengan residu ARG 394. Dari hasil analisa
ikatan hidrogen dan harga ΔG, terlihat tidak
adanya korelasi antara jumlah ikatan hidrogen
dengan kestabilan interaksi yang terjadi.
Sehingga, interaksi utama yang terjadi antara
keduanya bukanlah berasal dari ikatan
hidrogen. Karena itu, dalam mengkaji potensi
senyawa kurkumin dan analognya sebagai
SERMs,
digunakan
data
ΔG
sebagai
parameternya.
Nomor
Atom
O 3586
O 3589
O 3589
O 3582
O 3582
O 3589
O 3586
O 3589
O 3589
O 3583
O 3583
O 3588
Gugus yang
berikatan
OH
OH
OH
C=O
C=O
OH
OH
OH
OH
OCH3
OH
OH
-
O 3932
O 3977
O 1762
C=O
C=O
OH
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil docking, maka dapat
disimpulkan bahwa senyawa kurkumin dan
analognya (HGV-0, HGV-1, PGV-0, dan PGV1) memiliki potensi sebagai SERMs. Senyawasenyawa tersebut bekerja sebagai antagonis
pada ERα. Dari data ΔG, HGV-1 (kondisi
docking dengan adanya air) dan kurkumin
tautomer enol (kondisi docking tanpa adanya
air) memiliki potensi terbesar sebagai antagonis
ERα. Hasil yang diperoleh ini hanya merupakan
prediksi dengan metode komputasi, untuk itu
diperlukan penelitian eksperimental lebih lanjut
untuk mengkaji potensi senyawa kurkumin dan
analognya sebagai antagonis ERα.
UCAPAN TERIMA KASIH
Fakultas Farmasi Universitas Gadjah
Mada sebagai pemberi dana pelaksanaan
penelitian, dan segenap pihak yang telah
membantu terlaksananya penelitian ini.
DAFTAR ACUAN
1
Anonim , 2001, Pengembangan Metode Sintesis Senyawa PGV-0, PGV-1, dan HGV-1, 1, 2,
Laporan Penelitian Tim MOLNAS, Fakultas Farmasi Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta
2
Anonim , 2002, Hyperchem Manual, Hypercube, Inc
3
4
Anonim , 2004, ArgusLab4.0.1 Help, Mark Thompson and Plannaria Software LLC Anonim , 2006,
Selective Estrogen Receptor Modulator, Wikipedia, the free encyclopedia, http://en.wikipedia.org/
5
Anonim ,
2006,
SERMs
(Selective
www.breastcancer.org/tre_sys_hrt_serm.html
Estrogen
Receptor
Modulators),
Chen, X., Danes, C., Lowe, M., Thaddeus, W., Herliezek., and Keyomarsi, K., 2000, Activation of
WAFI/CIPI
the Estrogen-Signaling Pathway by p21
in Estrogen Receptor-Negative Breast Cancer
Cells, J.Natl.Cancer Inst., 92, 17: 1403–1413
Gruber, et al., 2002, Production and Action of Estrogen, The New England Journal of Medicine,
Vol. 346 No. 5, 340–352
12 PHARMACON, Vol. 9, No. 1, Juni 2008, 6–13
Ikawati, Zullies, 2004, Pengantar Farmakologi Molekuler Target Aksi Obat dan Mekanismenya,
Bagian Farmakologi dan Farmasi Klinik, Fakultas Farmasi Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta
Istyastono, E.P., et al., 2003, Tautomeri Keto-Enol Kurkumin dan Beberapa Turunan Kurkumin
Tersubstitusi pada C-4 : Suatu Kajian Teoritis Berdasarkan Pendekatan Kimia Komputasi, Majalah
Farmasi Indonesia, 14(3), 107–113
Meiyanto, E., 1999, Kurkumin Sebagai Obat Anti Kanker: Menelusuri Mekanisme Aksinya, Majalah
Farmasi Indonesia, 10 (4), 224–236
Nurrochmad, A., 1997, Penghambatan Biosintesis Prostaglandin Melalui Jalur Siklooksigenase
Oleh Siklovalon dan Tiga Senyawa Turunannya, Skripsi, Fakultas Farmasi Univeristas Gadjah
Mada, Yogyakarta
Sardjiman, 1993, Sintesis 2,6-bis(3,5-dimetil-4-hidroksi benzilidin)sikloheksanon; 2,5-bis(3,5dimetil-4-hidroksi benzilidin)siklopentanon; 1,5-bis(3,5-dimetil-4-hidroksi fenil)-1,4-pentadien-3-on
dan Daya Antioksidasinya, Laporan Penelitian, Fakultas Farmasi Universitas Gadjah Mada,
Yogyakarta
Sardjiman, 2000, Synthesis of Some New Series of Curcumin Anangiogus, Antioxidative,
Antiinflammatory, Antibacterial Activities, and Qualitative Structure Activity Relationship,
Disertation, University Gadjah Mada, Yogyakarta
Thompson, M., 2004, Molecular Docking with ArgusLab: An Efficient Shape-based search
alogaritma and tehe ascore scoring function, Planaria Software, WA
Verma, S.P., Goldin, B.R., and Lin, P.S., 1998, The Inhibition of The Estrogen Effects of Pesticides
and Enviromental Chemicals by Curcumin and Isoflavonoids, Environ Health Perspect, 106, 12:
807–812
Kurkumin Dan Analognya Sebagai Selective ....................(I G N Saskara Putra) 13
MODULATORS (SERMS): KAJIAN BERDASARKAN METODE DOCKING
PADA RESEPTOR ESTROGEN ALFA
CURCUMIN AND ITS ANALOGUES AS SELECTIVE ESTROGEN
RECEPTOR MODULATORS (SERMS): THE STUDY OF DOCKING METHOD
ON ESTROGEN ALPHA RECEPTORS
I G N Saskara Putra*, Bekti Meilani Nurcahya*, Berry Rachmattika*,
Wynanda*, BS Ari Sudarmanto* dan Edy Meiyanto**
*Fakultas Farmasi Universitas Gadjah Mada Yogyakarta
**Cancer Chemoprevention Research Center (CCRC) Farmasi UGM
ABSTRAK
Salah satu titik tangkap pengobatan kanker khususnya kanker payudara adalah dengan
menghambat aktivitas estrogen pada reseptor estrogen alfa (ERα). Senyawa-senyawa yang
mampu menghambat aktivitas estrogen pada reseptornya disebut SERMs (Selective Estrogen
Receptor Modulator). Kurkumin telah terbukti memiliki efek antiestrogen melalui kemampuannya
menghambat kanker payudara MCF-7 yang diinduksi oleh E2 eksogen dan pada dosis tingginya
menghambat ekspresi pS2 dan TGF-α yang merupakan downstream ER. Penelitian ini bertujuan
untuk mempelajari lebih lanjut potensi kurkumin dan analognya (PGV-1, PGV-0, HGV-1, HGV-0)
sebagai SERMs (Selective Estrogen Receptor Modulator) terhadap reseptor estrogen alfa. Struktur
senyawa kurkumin dan analognya dioptimasi geometri secara kimia kuantum menggunakan
perangkat lunak HyperChem. Senyawa kurkumin tautomer keto dan enol serta PGV-0 dan PGV-1
dioptimasi dengan metode AM1. Sedangkan untuk struktur HGV-0 dan HGV-1 menggunakan
metode PM3. Struktur stabil yang diperoleh kemudian di-docking-kan pada reseptor estrogen alfa
pada binding site estrogen dan Raloksifen menggunakan program ArgusLab dengan docking
engine berupa Argusdock. Data yang didapatkan berupa score atau ΔG (kkal/mol) yang
menunjukkan kestabilan interaksi (ikatan) ligan-reseptor estrogen alfa pada binding site estrogen
atau Raloksifen. Hasil docking menunjukkan bahwa senyawa kurkumin dan analognya bersifat
sebagai antagonis reseptor estrogen alfa. Struktur yang memiliki afinitas terbesar terhadap ER alfa
adalah kurkumin enol pada kondisi berair dan struktur HGV-1 pada kondisi tanpa air
Kata kunci: kurkumin dan analognya, reseptor estrogen alfa, Raloksifen, docking
ABSTRACT
One of the targets of chemotherapeutic agent especially for curing breast cancer is the
inhibition of estrogen activity on estrogen alpha receptors. SERMs (Selective Estrogen Receptor
Modulator) are the group of subtances which inhibit the activity of estrogen on its receptor.
Curcumin is proven to have antiestrogen activity by inhibiting MCF-7 breast cancer induced by
exogenous E2. High dose of curcumin inhibits the expression pS2 and TGF- α which are included
in the downstream of ER. The aim of this reserach is to evaluate the potency of curcumin and its
analogues (PGV-1, PGV-0, HGV-1, HGV-0) as SERMs on estrogen receptor alpha. The chemical
structure of curcumin and its analogues were geometrically optimised with quantum chemistry by
using HyperChem software. The keto and enol tautomer curcumin as well as PGV-0 and PGV-1
were optimized with AM1method, while HGV-0 and HGV-1 were optimized with PM3 method. The
most stable structure then was docked into estrogen alpha receptor on estrogen binding site as
well as on to raloxifen by using ArgusLab program with ArgusDock as a docking engine. The result
of the optimization was a score or a ΔG (kkal/mol) which showed the stability of ligand-estrogen
alpha receptor bound on estrogen binding site or raloxifen. The result of the docking showed that
curcumin and its analogues have an antagonism activity on estrogen alpha receptor. The enol
tautomer curcumin has the biggest affinity on ER alpha in aqueous condition while HGV-1 has the
biggest affinity on ER alpha in non aqueous condition
Key words: curcumin and its analogues, estrogen alpha receptor, raloxifen, docking
6 PHARMACON, Vol. 9, No. 1, Juni 2008, 6–13
PENDAHULUAN
Kurkumin dan analognya (PGV-1, PGV-0,
HGV-1, HGV-0) merupakan beberapa senyawa
yang berhasil dikembangkan di Indonesia dan
telah terbukti memiliki potensi sebagai obat anti
kanker. Kurkumin (1,7-bis(4’-hidroksi-3’-metoksifenil)-1,6-heptadiena-3,5-dion) adalah senyawa aktif rhizoma Curcuma longa L. yang secara
signifikan dapat menurunkan resiko kanker
payudara sebesar 28% (Laksitorini, et. al.,
2005). Kurkumin juga mampu memacu
apoptosis sel kanker payudara MCF-7 melalui
peningkatan ekspresi p53 dan Bax (Chonduri,
et al., 2002) dan mempengaruhi produk gen
penekan tumor dan onkogen (Meiyanto, 1998),
selain juga memiliki aktivitas antiestrogen
(Verma, et al., 1998), antiangiogenesis
(Guraraj, et al., 2002), penghambat COX dan
antioksidan
Salah satu titik tangkap pengobatan
kanker khususnya kanker payudara adalah
dengan menghambat aktivitas estrogen pada
reseptor estrogen alfa (ERα). Senyawasenyawa yang mampu menghambat aktivitas
estrogen pada reseptornya disebut SERMs
(Selective Estrogen Receptor Modulator).
Kurkumin telah terbukti memiliki efek antiestrogen melalui kemampuannya menghambat
kanker payudara MCF-7 yang diinduksi oleh E2
eksogen dan pada dosis tingginya menghambat
ekspresi pS2 dan TGF-α yang merupakan
downstream ER (Verma, et al., 1998; Shao, et
al., 2002). Namun demikian potensi kurkumin
dan analognya sebagai selective estrogen
reseptor modulator (SERMs) khususnya pada
ERα belum pernah dibuktikan. Penelitian
dengan metode molekuler docking secara
komputasi (insiliko) ini dilakukan untuk
memberikan gambaran bagaimana afinitas kurkumin dan turunannya terhadap ERα sekaligus
mengetahui senyawa mana yang paling
potensial sebagai SERMs sebelum dilakuan uji
secara in vitro/in vivo.
METODE PENELITIAN
Penelitian ini bersifat teoritis eksploratif.
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini
berupa data struktural dan data spektrum
nuclear mass resonance empiric dari kurkumin
dan analognya yang diperoleh dari Disertasi
Sardjiman, 2000. Penelitian ini menggunakan
pendekatan kimia komputasi untuk mengeksplorasi sifat fisikokimia dan berlangsung selama
1 bulan di Fakultas Farmasi UGM.
Prosedur penelitian
Optimasi geometri
Senyawa Kurkumin, PGV-0, PGV-1,
HGV-0, HGV-1 dibuat struktur dua dimensi (2D)
menggunakan paket program CS ChemDraw
Ultra. Kemudian ditransformasikan pada paket
program HyperChem Prover.7.5 untuk dibentuk
menjadi struktur tiga dimensi (3D). Kemudian
dioptimasi sudut torsi substituen pada residu
benzena dengan metode mekanika molekul
MM+ menggunakan fasilitas Potential pada
menu Compute. Struktur yang terbentuk
dioptimasi geometri menggunakan tiga metode
semi empirik yang disediakan oleh paket
program HyperChem yaitu AM1, PM3, Zindo1
dengan algoritma Polak-Ribiere. Batas konvergensi ditentukan setelah tercapai gradien 0,0 1
kkal/Å.
Pemilihan Metode
Struktur hasil optimasi dilakukan perhitungan Single Point setelah diset pada metode
yang sesuai dengan metode yang digunakan
saat optimasi geometri. Optimasi dilakukan
tanpa Configuration Interaction dengan spin
pairing RHF dan batas konvergensi 0,01 kkal/A.
Setelah perhitungan selesai, dilakukan invoke
NMR terhadap proton. Metode semi empirik
yang dipilih untuk eksplorasi sifat fisikokimia
sekaligus mengoptimasi struktur sejenis adalah
metode yang memiliki linieritas/kesesuaian
paling besar data NMR empirik.
Eksplorasi Sifat Fisikokimia
Metode semi empirik terbaik digunakan
untuk menghitung Single Point dengan Configuration Interaction diset pada None. Log file
perhitungan disimpan untuk mengetahui
muatan bersih atom-atom gugus fungsi, momen
dipol (µ), dan panas pembentukan ( Hf)
molekul hasil optimasi. Struktur dengan nilai
( Hf) terendah selanjutnya digunakan untuk
docking terhadap ERα dengan ligan Raloksifen
dan 17-β estradiol yang diperoleh dari database
PDB
di-download
dari
situs
http/www/pdbbeta.rscb.org/pdb.
Pemilihan Metode Docking
Dilakukan untuk memilih docking engine
yang akan digunakan dalam pen-docking-an.
Program yang digunakan untuk docking
senyawa kurkumin dan analognya pada ERα
serta mengkalkulasi energi bebasnya adalah
ArgusLab 4.0.1.
Estrogen dan Raloksifen sebagai ligan
standard serta ligan copy-nya di-docking-kan
pada ER yang dilakukan dengan memilih menu
dock a ligan pada calculation. Grid resolution
yang digunakan sebesar 0,40000 dengan parameter set As score pm. Sedangkan menu ligan
dipilih sesuai dengan struktur molekul senyawa
yang di-docking-kan yaitu rigid atau fleksibel.
Pen-docking-an dilakukan dengan menggunakan area binding site minimum (calculating
site). Selanjutnya dilakukan scoring dengan
Kurkumin Dan Analognya Sebagai Selective ....................(I G N Saskara Putra) 7
memilih score current config. pada calculation
type. Scoring function yang digunakan adalah
AScore. Pemilihan metode ditentukan oleh
harga RMSD (Rate Mean Square Deviation)
ligan dengan ligan copy.
Docking
Struktur kurkumin dan analognya yang
telah dioptimasi di-docking-kan pada ERα
dengan langkah yang sama seperti pada tahap
validasi. Scoring dilakukan untuk memperoleh
G atau energi bebas senyawa uji yang
kemudian dibandingkan dengan G senyawa
standard yaitu Raloksifen.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Optimasi Geometri
Struktur 3D Kurkumin, PGV-0, PGV-1,
HGV-0, HGV-1 yang telah dilakukan optimasi
sudut torsi substituen pada residu benzena
dijadikan titik awal optimasi geometri menggunakan berbagai metode kimia kuantum semi
empirik yang disediakan. Ada sepuluh metode
kimia kuantum semi empirik, yaitu ExtendedHuckel, CNDO, INDO, MINDO3, MNDO,
MNDO/d, dan ZINDO/s dalam paket program
HyperChem. Dari sepuluh metode tersebut,
didapati tiga metode yang paling reliable
digunakan untuk struktur kurkumin dan
analognya yaitu AM1 (Austin Model 1
parameterization of MNDO), PM3 (Parametric
Method 3 parameterization of MNDO) dan
ZINDO/s (Zerner's Spectroscopic parameterzation of the Intermediate Neglect of Differential
Overlap INDO1/s Hamiltonian) karena ketiga
metode ini memberikan fasilitas prediksi
spektrum NMR dan mampu menghasilkan
struktur molekul yang sesuai dengan kaidah
kimia organik
Tabel 1–Hubungan linieritas (r) data spektra NMR proton
perhitungan komputasi pada senyawa kurkumin dan
analognya dengan data spektra NMR empirik
Metode
Kurkumin Enol
PGV-0
HGV-0
AM1
PM3
0,337614659
0,523111186
0,919625625
0,918129888
0,925201066
0,942685679
ZINDO/1
0,151581256
0,890525671
0,879484835
Perhitungan linieritas data spektra NMR
proton digunakan untuk pemilihan metode optimasi struktur lainnya. Untuk mengoptimasi
struktur kurkumin keto dan enol serta PGV-0
dan PGV-1 dari berbagai kemungkinan yang
ada, digunakan metode AM1. sedangkan untuk
struktur HGV-0 dan HGV-1 digunakan metode
PM3 (Tabel 1; Tabel 2)
8 PHARMACON, Vol. 9, No. 1, Juni 2008, 6–13
Tabel 2–Struktur hasil optimasi geometri dan energi
bebasnya
Struktur
Gambar
Hf (kkal/mol)
Kurkumin
tautomer
enol
-155,1064397
Kurkumin
tautomer
keto
-159,0398328
PGV-0
-123,4900670
PGV-1
-75,55731160
HGV-0
-129, 5003970
HGV-1
-89,6540275
Validasi Metode Docking dan Docking
Untuk memprediksikan afinitas ikatan
antara molekul kurkumin dan analognya pada
ERα, dilakukan proses docking. Docking merupakan suatu teknik untuk memprediksikan
apakah suatu molekul dapat berikatan dengan
reseptor, protein, DNA, dan ligan docking yang
diprediksikan dengan teknik penempatan pada
area tertentu. Protein ligan dibuat secara
modeling yang melibatkan interaksi biokimia
antara protein dan ligan secara in vitro dan in
3
vivo (Anonim , 2004).
Dalam penelitian ini, digunakan ERα
yang mengikat estrogen (17-β estradiol)
sebagai agonis dan Raloksifen (RAL600)
sebagai antagonis. ERα, memiliki tiga tempat
ikatan spesifik, yaitu terhadap ligan yang
disebut ligand binding domain (AF-2), terhadap
growth factor (AF-1) dan terhadap DNA (DNAbinding domain). Jika suatu ER berikatan
dengan ligannya (estrogen), maka akan terjadi
perubahan konformasi reseptor yang memungkinkan terjadinya ikatan dengan koaktivator dan
akhirnya akan mengaktifkan faktor transkripsi.
Aktivasi transkripsi gen tadi akan mengarahkan
sintesis protein tertentu yang kemudian mempengaruhi berbagai fungsi sel tergantung
macam dan targetnya (Ikawati, 2004).
Ligan yang mengikat ER dan berkompetisi dengan estrogen disebut Selective
Estrogen Receptor Modulators (SERMs).
Senyawa SERMs dapat bertindak sebagai
antagonis maupun agonis tergantung pada
letak reseptor pada jaringan target. Hal ini
disebabkan karena pada jaringan yang
berbeda, ERα memiliki konformasi yang
berbeda.
(a)
(b)
H
O
N+
O
CL-
S
OH
HO
(c)
Gambar 1–(a) struktur senyawa estrogen (b) reseptor
estrogen alfa yang mengikat ligan estrogen dan Raloksifen
(c) struktur senyawa Raloksifen
Raloksifen termasuk senyawa golongan
SERMs yang mengantagonis efek estrogen
pada ERα. Walaupun dalam penggunaan klinik
belum dimanfaatkan sebagai antikanker (baru
sebagai obat osteoporosis) telah terbukti bahwa
Raloksifen mampu menghambat pertumbuhan
kanker
payudara
tanpa
menyebabkan
peningkatan resiko kanker uterus. Selain itu
Raloksifen memiliki selektivitas yang paling
tinggi pada ER-α dibanding senyawa SERMs
lainnya, dengan perbandingan afinitas pada
ER-α : ER-β yaitu 69 : 16 (Gruber, et.el., 2002).
Sehingga ada kemungkinan senyawa yang
mampu berikatan pada ER sama seperti
Raloksifen akan memiliki efek yang sama pula
seperti yang diberikan oleh Raloksifen terhadap
ER.
Binding site estrogen pada ERα
melibatkan asam amino 641 ALA, 685 ARG,
644 GLU, 809 GLY, 812 HIS, 637 LEU, 640
LEU, 678 LEU, 813 LEU, 634 MET, 679 MET,
dan 695 PHE. Sedangkan untuk binding site
Raloksifen melibatkan asam amino 350 ALA,
394 ARG, 351 ASP, 353 GLU, 524 HIS, 424
ILE, 346 LEU, 354 LEU, 387 LEU, 391 LEU,
428 LEU, 525 LEU, 536 LEU, 539 LEU, 388
MET, 421 MET, 404 PHE, 347 THR, 383 TRP,
dan 526 TYR.
Sebelum melakukan docking, dilakukan
validasi untuk memilih metode docking yang
paling reliable. Metode yang dibandingkan
adalah Argusdock dan GA (Genetic Algorithma)
dock. Pada metode Argusdock, ligan hanya didocking-kan pada suatu posisi tertentu saja.
Sedangkan pada metode GAdock, ligan didocking-kan pada berbagai posisi yang
memungkinkan, sehingga metode ini bersifat
non-reprodusible. Raloksifen dan estrogen didocking-kan pada ERα dalam struktur rigid dan
fleksibel. Ditinjau dari strukturnya, baik
Raloksifen maupun estrogen merupakan
senyawa yang rigid. Walaupun demikian,
struktur fleksibel diperlukan sebagai pembanding dalam validasi ini. Selain itu docking juga
dilakukan pada kondisi dengan dan tanpa air
untuk mengetahui ada tidaknya pengaruh air
pada interaksi ligan-reseptor. Keberadaan air
mencerminkan kondisi fisiologis tubuh. Secara
teoritis, air akan menghalangi ikatan ligan
dengan
reseptornya
karena
air
dapat
membentuk ikatan hidrogen dengan reseptor.
Tabel 3–Hasil Validasi
HARGA RMSD
0Argus Dock
GA Dock
Rigid
Fleksibel
Rigid
Fleksibel
Raloksifen (dengan adanya air)
1,797980
8,872965
1,877596
9,880401
Raloksifen (tanpa air)
1,704190
8,909498
1,779165
8,962879
Estrogen (dengan adanya air)
2,034273
2,034273
4,861460
3,190809
Estrogen (tanpa air)
1,926103
1,926103
6,743467
3,253067
Kurkumin Dan Analognya Sebagai Selective ....................(I G N Saskara Putra) 9
Dasar yang digunakan untuk memberikan
penilaian adalah harga rate mean square
deviation (RMSD). Metode yang digunakan
dikatakan cukup reliable jika harga RMSD yang
diperoleh ≤ 2. Berdasarkan data tabel 3, semua
senyawa dengan struktur fleksibel memberikan
harga RMSD ≥ 2, hanya senyawa dengan
struktur rigid yang dapat diterima. Baik dengan
air maupun tanpa air, metode Argusdock lebih
baik dibandingkan metode GAdock. Oleh
karena itu, docking dilakukan dengan metode
Argusdock baik dalam kondisi tanpa air
maupun dengan air (Tabel 3).
Struktur senyawa kurkumin dan analognya yang telah dioptimasi, di-docking-kan pada
ERα untuk mengetahui interaksi antara
keduanya sehingga dapat diprediksikan apakah
senyawa kurkumin dan analognya bersifat
sebagai agonis atau antagonis. Dari proses
docking ini akan diperoleh score atau energi
bebas Gibbs (∆G) yang merupakan parameter
kestabilan interaksi (ikatan) antara ligan dengan
ERα. Semakin kecil harga ΔG (score), ikatan
(a)
(b)
(e)
(f)
(i)
(j)
ligan dengan reseptor semakin stabil.
Parameter lain yang digunakan adalah ikatan
hidrogen ligan-asam amino reseptor.
Berdasarkan sifat ikatan antar atom
dalam molekul kurkumin dan analognya maka
senyawa kurkumin di-docking-kan sebagai
senyawa fleksibel sedangkan PGV-0, PGV-1,
HGV-0, dan HGV-1 didockingkan sebagai
struktur rigid. Harga ΔG yang diperoleh dari
docking senyawa kurkumin dan analognya
akan dibandingkan dengan harga ΔG
Raloksifen dan estrogen rigid. Hal ini
disebabkan karena baik estrogen dan raloksifen
bersifat rigid.
Dari hasil docking diketahui bahwa
senyawa kurkumin dan analognya tidak bisa
berikatan pada binding site estrogen tetapi
memiliki afinitas yang cukup tinggi pada binding
site Raloksifen. Sehingga dapat diprediksikan
bahwa senyawa kurkumin dan analognya
bersifat sebagai antagonis ERα.
(c)
(g)
(k)
(d)
(h)
(l)
Gambar 2–Hasil docking pada binding site Raloksifen (a)docking kurkumin tauromer enol tanpa air (b)docking kurkumin
tautomer enol dengan air (c)docking kurkumin tautomer keto tanpa air (d)docking kurkumin tautomer keto dengan air
(e)docking HGV-0 tanpa air (f)docking HGV-0 dengan air (g)docking PGV-0 tanpa air (h)docking PGV-0 dengan air
(i)docking HGV-1 tanpa air (j)docking HGV-1 dengan air (k)docking PGV-1 tanpa air (l)docking PGV-1 dengan air
10 PHARMACON, Vol. 9, No. 1, Juni 2008, 6–13
Tabel 4–Hasil Docking senyawa kurkumin dan turunanya
Score/ ΔG
Kondisi
Senyawa
(kcal/mo)
Estrogen
-9,98399
Raloksifen rigid
-13,285
Raloksifen fleksibel
-11,77
Kurkumin enol
-11,17
Tanpa air
Kurkumin keto
-11,08
HGV-0
-9,4943
PGV-0
-9,8668
HGV-1
-12,7034
PGV-1
-10,2926
Estrogen
-10,1117
Raloksifen fleksibel
-11,79
Raloksifen Rigid
-12,7461
Kurkumin enol
-10,96
Dengan
Kurkumin keto
-10,56
air
HGV-0
-7,89398
PGV-0
-7,5418
HGV-1
-10,3509
PGV-1
-10,5128
Harga ΔG senyawa uji yang diperoleh
dibandingkan dengan harga ΔG Raloksifen.
Harga ΔG Raloksifen diperoleh dari hasil
validasi. Dalam kondisi tanpa air, Raloksifen
sebagai struktur yang rigid memiliki score 13.285 kkal/mol, sedangkan sebagai struktur
yang fleksibel memiliki score -11,77 kkal/mol.
Sedangkan dengan adanya air, ΔG Raloksifen
sebagai struktur yang rigid memiliki score 12.7461 kkal/mol dan sebagai struktur yang
fleksibel memiliki score -11,79 kkal/mol. Harga
ΔG estrogen, pada kondisi ada air adalah 10,1117 kkal/mol dan dengan kondisi tanpa air
adalah -9,98399 kkal/mol.
Pada kondisi tanpa air harga ΔG HGV-0
> PGV – 0 > PGV – 1 > kurkumin keto > kurkumin
enol>HGV-1>Raloksifen.
Sedangkan
docking dengan kondisi ada air menghasilkan
score PGV-0>HGV-0>HGV-1>PGV-1>kurkumin
keto>kurkumin enol>Raloksifen . Hal ini berarti
bahwa afinitas senyawa uji PGV-0, HGV-0,
PGV-1, HGV-1, kurkumin keto, kurkumin enol
terhadap ERα lebih kecil jika dibandingkan
dengan afinitas Raloksifen terhadap ERα.
Metode Argusdock yang dipilih dalam
penelitian ini bersifat reprodusible, oleh karena
itu pen-docking-an senyawa tidak memerlukan
replikasi. Hasil yang diperoleh berupa data
tunggal sehingga untuk menentukan senyawa
mana yang paling berpotensi sebagai SERMs
hanya dilakukan dengan membandingkan
selisih energi bebasnya dengan Raloksifen.
Dari data energi bebas, senyawa yang memiliki
kestabilan ikatan (afinitas) terbesar pada ERα
atau yang paling berpotensi sebagai SERMs
adalah HGV-1 pada kondisi tanpa air dan
kurkumin enol pada kondisi ada air (Tabel 4).
Interaksi antara ligan dengan reseptor
terjadi karena adanya ikatan hidrogen, Van Der
Waals dan atau interaksi elektrostatik. Dengan
metode Arguslab, hanya ikatan hidrogen yang
dapat diketahui secara pasti.
Tabel 5–Ikatan hidrogen ligan senyawa uji dengan asam amino reseptor (dengan air)
Jarak ikatan
Σ
Asam amino
Senyawa
ikatan H
yang berikatan
(A )
2,892825
351 ASP
2,498994
387 LEU
Kurkumin
5
2,498994
388 MET
Enol
421 MET
2,984638
425 PHE
2,781298
2,999603
394 ARG
2,388865
424 ILE
425 PHE
2,388865
Kurkumin
387 LEU
7
2,856497
Keto
388 MET
2,856497
421 MET
2,764562
347 THR
2,987505
PGV-0, PGV-1,
0
HGV-0, HGV-1
Estrogen
1
2,966589
685 ARG
Raloksifen
1
2,971144
394 ARG
Nomor
atom
O 3682
O 3682
O 3682
O 3689
O 3689
O 3683
O 3689
O3689
O 3682
O 3682
O 3689
O 3684
-
Gugus yang
berikatan
OH
C=O
C=O
OH
OH
C=O
OH
OH
C=O
C=O
OH
OCH3
-
O 3977
C=O
O 1762
OH
Kurkumin Dan Analognya Sebagai Selective ....................(I G N Saskara Putra) 11
Tabel 6– Ikatan hidrogen ligan senyawa uji dengan asam amino reseptor (tanpa air)
Jarak ikatan
Σ
Asam amino
Senyawa
ikatan H
yang berikatan
(A )
Kurkumin
6
2,900542
351 ASP
Enol
2,753972
424 ILE
2,753972
425 PHE
391 LEU
2,952051
388 MET
2,952051
421 MET
2,761476
Kurkumin
3
2,590615
351 ASP
keto
2,731648
424 ILE
2,743131
421 MET
PGV-0
3
2,925922
394 ARG
2,696060
387 LEU
2,898415
526 TYR
PGV-1, HGV-0,
0
HGV-1
Estrogen
2
2,898461
682 LEU
2,731652
685 ARG
Raloksifen
1
2,971144
394 ARG
Estrogen berinteraksi pada binding sitenya melalui 1 ikatan hidrogen dalam kondisi
dengan air, sedangkan dalam kondisi tanpa air
estrogen membentuk 2 ikatan hidrogen. Pada
kondisi adanya air, senyawa yang memiliki
ikatan hidrogen yang sama dengan Raloksifen
adalah kurkumin keto. Sedangkan pada kondisi
tanpa adanya air, senyawa yang memiliki ikatan
hidrogen sama dengan Raloksifen adalah PGV0 (Tabel 5 ; Tabel 6). Hanya terdapat satu
ikatan hidrogen antara Raloksifen dengan ERα,
yaitu antara atom O dari gugus hidroksinya
dengan residu ARG 394. Dari hasil analisa
ikatan hidrogen dan harga ΔG, terlihat tidak
adanya korelasi antara jumlah ikatan hidrogen
dengan kestabilan interaksi yang terjadi.
Sehingga, interaksi utama yang terjadi antara
keduanya bukanlah berasal dari ikatan
hidrogen. Karena itu, dalam mengkaji potensi
senyawa kurkumin dan analognya sebagai
SERMs,
digunakan
data
ΔG
sebagai
parameternya.
Nomor
Atom
O 3586
O 3589
O 3589
O 3582
O 3582
O 3589
O 3586
O 3589
O 3589
O 3583
O 3583
O 3588
Gugus yang
berikatan
OH
OH
OH
C=O
C=O
OH
OH
OH
OH
OCH3
OH
OH
-
O 3932
O 3977
O 1762
C=O
C=O
OH
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil docking, maka dapat
disimpulkan bahwa senyawa kurkumin dan
analognya (HGV-0, HGV-1, PGV-0, dan PGV1) memiliki potensi sebagai SERMs. Senyawasenyawa tersebut bekerja sebagai antagonis
pada ERα. Dari data ΔG, HGV-1 (kondisi
docking dengan adanya air) dan kurkumin
tautomer enol (kondisi docking tanpa adanya
air) memiliki potensi terbesar sebagai antagonis
ERα. Hasil yang diperoleh ini hanya merupakan
prediksi dengan metode komputasi, untuk itu
diperlukan penelitian eksperimental lebih lanjut
untuk mengkaji potensi senyawa kurkumin dan
analognya sebagai antagonis ERα.
UCAPAN TERIMA KASIH
Fakultas Farmasi Universitas Gadjah
Mada sebagai pemberi dana pelaksanaan
penelitian, dan segenap pihak yang telah
membantu terlaksananya penelitian ini.
DAFTAR ACUAN
1
Anonim , 2001, Pengembangan Metode Sintesis Senyawa PGV-0, PGV-1, dan HGV-1, 1, 2,
Laporan Penelitian Tim MOLNAS, Fakultas Farmasi Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta
2
Anonim , 2002, Hyperchem Manual, Hypercube, Inc
3
4
Anonim , 2004, ArgusLab4.0.1 Help, Mark Thompson and Plannaria Software LLC Anonim , 2006,
Selective Estrogen Receptor Modulator, Wikipedia, the free encyclopedia, http://en.wikipedia.org/
5
Anonim ,
2006,
SERMs
(Selective
www.breastcancer.org/tre_sys_hrt_serm.html
Estrogen
Receptor
Modulators),
Chen, X., Danes, C., Lowe, M., Thaddeus, W., Herliezek., and Keyomarsi, K., 2000, Activation of
WAFI/CIPI
the Estrogen-Signaling Pathway by p21
in Estrogen Receptor-Negative Breast Cancer
Cells, J.Natl.Cancer Inst., 92, 17: 1403–1413
Gruber, et al., 2002, Production and Action of Estrogen, The New England Journal of Medicine,
Vol. 346 No. 5, 340–352
12 PHARMACON, Vol. 9, No. 1, Juni 2008, 6–13
Ikawati, Zullies, 2004, Pengantar Farmakologi Molekuler Target Aksi Obat dan Mekanismenya,
Bagian Farmakologi dan Farmasi Klinik, Fakultas Farmasi Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta
Istyastono, E.P., et al., 2003, Tautomeri Keto-Enol Kurkumin dan Beberapa Turunan Kurkumin
Tersubstitusi pada C-4 : Suatu Kajian Teoritis Berdasarkan Pendekatan Kimia Komputasi, Majalah
Farmasi Indonesia, 14(3), 107–113
Meiyanto, E., 1999, Kurkumin Sebagai Obat Anti Kanker: Menelusuri Mekanisme Aksinya, Majalah
Farmasi Indonesia, 10 (4), 224–236
Nurrochmad, A., 1997, Penghambatan Biosintesis Prostaglandin Melalui Jalur Siklooksigenase
Oleh Siklovalon dan Tiga Senyawa Turunannya, Skripsi, Fakultas Farmasi Univeristas Gadjah
Mada, Yogyakarta
Sardjiman, 1993, Sintesis 2,6-bis(3,5-dimetil-4-hidroksi benzilidin)sikloheksanon; 2,5-bis(3,5dimetil-4-hidroksi benzilidin)siklopentanon; 1,5-bis(3,5-dimetil-4-hidroksi fenil)-1,4-pentadien-3-on
dan Daya Antioksidasinya, Laporan Penelitian, Fakultas Farmasi Universitas Gadjah Mada,
Yogyakarta
Sardjiman, 2000, Synthesis of Some New Series of Curcumin Anangiogus, Antioxidative,
Antiinflammatory, Antibacterial Activities, and Qualitative Structure Activity Relationship,
Disertation, University Gadjah Mada, Yogyakarta
Thompson, M., 2004, Molecular Docking with ArgusLab: An Efficient Shape-based search
alogaritma and tehe ascore scoring function, Planaria Software, WA
Verma, S.P., Goldin, B.R., and Lin, P.S., 1998, The Inhibition of The Estrogen Effects of Pesticides
and Enviromental Chemicals by Curcumin and Isoflavonoids, Environ Health Perspect, 106, 12:
807–812
Kurkumin Dan Analognya Sebagai Selective ....................(I G N Saskara Putra) 13